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DE102011006400B4 - Method for determining the proportion of scattered radiation in 2D X-ray images - Google Patents

Method for determining the proportion of scattered radiation in 2D X-ray images Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Ermitteln des Anteils an zu einem Röntgenstrahlungsdetektor (D) gelangender Streustrahlung bei der Aufnahme eines 2D-Röntgenbilddatensatzes eines Bildobjekts (O) ,wobei zwei Röntgenbilddatensätze mit demselben Bildobjekt (O) unter Variation des Abstands (L0, L1) des Röntgenstrahlungsdetektors (D) von dem Bildobjekt (O) gewonnen werden, und wobei anhand von jeweils beiden 2D-Röntgenbilddatensätzen auf die Streustrahlung geschlossen wird, die sich in einem der 2D-Röntgenbilddatensätze niederschlägt,wobei die beiden jeweiligen Abstände (L0, L1) passend zueinander derart gewählt werden, dass eine Zielfunktion (F(S0,q')) minimal wird,und wobei die Zielfunktion das Verhältnis der Varianz der Streustrahlung bei einem der Abstände zu der bei dem Gewinnen der beiden 2D-Röntgenbilddatensätze insgesamt empfangenen Primärstrahlung ist oder umfasst.Method for determining the proportion of scattered radiation reaching an X-ray detector (D) when recording a 2D X-ray image data set of an image object (O), whereby two X-ray image data sets with the same image object (O) while varying the distance (L0, L1) of the X-ray detector (D) are obtained from the image object (O), and the scattered radiation is deduced from each of the two 2D x-ray image data sets, which is reflected in one of the 2D x-ray image data sets, the two respective distances (L0, L1) being selected to match each other that an objective function (F (S0, q ')) becomes minimal, and wherein the objective function is or comprises the ratio of the variance of the scattered radiation at one of the distances to the total primary radiation received when the two 2D x-ray image data sets were obtained.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln des Anteils an zu einem Röntgenstrahlungsdetektor bei Aussendung von Röntgenstrahlen durch eine Röntgenstrahlungsquelle gelangender Streustrahlung, nämlich bei der Aufnahme eines 2D-Röntgenbilddatensatzes eines Bildobjekts.The invention relates to a method for determining the proportion of scattered radiation reaching an X-ray detector when X-rays are emitted by an X-ray source, namely when recording a 2D X-ray image data set of an image object.

Die Streustrahlung ist diejenige Strahlung, die nicht auf geradlinigem Wege von der Röntgenstrahlungsquelle zum Röntgenstrahlungsdetektor gelangt, sondern bei der die Röntgenstrahlen im Bildobjekt gestreut werden, d. h. in eine andere Richtung abgelenkt werden.The scattered radiation is that radiation that does not get in a straight line from the X-ray source to the X-ray detector, but in which the X-rays are scattered in the image object, i. H. be deflected in a different direction.

Bei der Röntgenbildgebung mit Flächendetektoren kann die Intensität dieser Streustrahlung, welche nur sehr wenig Bildinformation trägt, in der Größenordnung der Intensität der Primärstrahlung liegen, welche die eigentliche Bildinformation enthält. Die Intensität der Streustrahlung kann sogar ein Mehrfaches derjenigen der Primärstrahlung betragen. Insbesondere bei Thorax- oder Abdomenaufnahmen ist dies der Fall.In X-ray imaging with area detectors, the intensity of this scattered radiation, which carries very little image information, can be of the order of magnitude of the intensity of the primary radiation which contains the actual image information. The intensity of the scattered radiation can even be a multiple of that of the primary radiation. This is particularly the case with thorax or abdomen images.

Die Streustrahlung hat negative Auswirkungen auf die Qualität eines akquirierten Projektionsbildes, weil der Kontrast in einem 2D-Röntgenbild verringert wird, der Grauwerthintergrund inhomogen wird und sich das Rauschen erhöht. Wird aus einer Mehrzahl von 2D-Röntgenbilddatensätzen eine tomographische Rekonstruktion durchgeführt, also ein 3D-Röntgenbilddatensatz berechnet, führt die Streustrahlung in dem 3D-Bilddatensatz zu Grauwertverzerrungen und Artefakten, wodurch der Bildeindruck erheblich beeinträchtigt wird.The scattered radiation has negative effects on the quality of an acquired projection image because the contrast in a 2D X-ray image is reduced, the gray value background becomes inhomogeneous and the noise increases. If a tomographic reconstruction is carried out from a plurality of 2D x-ray image data sets, that is to say a 3-D x-ray image data set is calculated, the scattered radiation in the 3-D image data set leads to gray value distortions and artifacts, which significantly affects the image impression.

Es ist bekannt, mit Hilfe eines Streustrahlrasters das Auftreffen von Streustrahlung auf dem Röntgenstrahlungsdetektor zumindest teilweise zu unterbinden. Sieht man zwischen dem Bildobjekt und dem Röntgenstrahlungsdetektor einen besonders großen Abstand vor, reduziert sich auch die Streustrahlung, was man als „Luftspalttechnik“ bezeichnet.It is known to at least partially prevent the impact of scattered radiation on the X-ray detector with the aid of an anti-scatter grid. If a particularly large distance is provided between the image object and the X-ray detector, the scattered radiation is also reduced, which is known as the "air gap technology".

Neben dem Verringern der Streustrahlung bemüht man sich auch, diese zu quantifizieren, um Korrekturen in den Röntgenbildern vornehmen zu können. Beispielhaft sei hierzu auf den Artikel von K.P. Maher and J. F. Malone „Computerized scatter correction in diagnostic radiology“, Contemporary Physics, 1997, vol. 38, Seiten 131 bis 148, verwiesen .In addition to reducing the scattered radiation, efforts are also made to quantify it in order to be able to make corrections in the X-ray images. An example is the article from KP Maher and JF Malone "Computerized scatter correction in diagnostic radiology", Contemporary Physics, 1997, vol. 38, pages 131 to 148, referenced .

Es stellt eine ständige Aufgabe des Fachmanns dar, entweder den Anteil an Streustrahlung 2D-Röntgenbilddatensätzen zu reduzieren oder diesen zumindest so exakt wie möglich zu quantifizieren.It is a constant task of the person skilled in the art to either reduce the proportion of scattered radiation in 2D x-ray image data sets or at least to quantify it as precisely as possible.

Die vorliegende Erfindung befasst sich mit der letzteren Alternative. Die bisherigen Verfahren zur Quantifizierung des Anteils an Streustrahlung, die sich einem 2D-Röntgenbilddatensatz niederschlägt, also einen Beitrag zu jeweiligen Grauwerten leistet, welche einem Bildpunkt in einem 2D-Raster zugeordnet sind, sind unbefriedigend. Der Beitrag zum Grauwert kann nur ungenau angegeben werden. Es wäre wünschenswert, könnte man 2D-Röntgenbilddatensätze eines Bildobjekts gewinnen, die von Streustrahlung befreit sind. Hierzu bedürfte es der Ermittlung eines 2D-Röntgenbilddatensatzes des Bildobjekts, in dem lediglich die Beiträge zu den Grauwerten eingehen, die auf der Streustrahlung basieren.The present invention is concerned with the latter alternative. The previous methods for quantifying the portion of scattered radiation that is reflected in a 2D x-ray image data set, that is, makes a contribution to the respective gray values that are assigned to an image point in a 2D raster, are unsatisfactory. The contribution to the gray value can only be given imprecisely. It would be desirable to be able to obtain 2D x-ray image data sets of an image object that have been freed from scattered radiation. This would require the determination of a 2D x-ray image data set of the image object in which only the contributions to the gray values that are based on the scattered radiation are included.

Die US 2009/0016593 A1 beschreibt Röntgenstrahlungsdetektoren, die zur Bestimmung der Beziehung zwischen der Strahlungsintensität und des Abstandes von Detektoren zu einer Strahlenquelle dienen, um hierdurch die Primärstrahlung und die Streustrahlung getrennt voneinander bestimmen zu können. Mit einem Detektor werden zwei Aufnahmen gewonnen und hierbei jeweils der Abstand des Detektors zu der Röntgenquelle bzw. dem Bildobjekt unterschiedlich gewählt. Um das Verhältnis der Streustrahlung zur Primärstrahlung zu berechnen, wird der Anteil der Streustrahlung mit einer linearen Funktion berechnet, die sich aus einem linearen Absorptionskoeffizienten, einem Faktor basierend auf Radius und Tiefe und einem von dem Absorptionskoeffizienten abhängigen Faktor zusammensetzt.The US 2009/0016593 A1 describes X-ray detectors which are used to determine the relationship between the radiation intensity and the distance between detectors and a radiation source, in order to be able to determine the primary radiation and the scattered radiation separately from one another. Two recordings are obtained with one detector and the distance between the detector and the X-ray source or the image object is selected differently. In order to calculate the ratio of the scattered radiation to the primary radiation, the proportion of the scattered radiation is calculated with a linear function, which is composed of a linear absorption coefficient, a factor based on radius and depth and a factor that depends on the absorption coefficient.

Die US 2010/0310037 A1 beschreibt eine Extraktion einer Streuung durch Gewinnen zweier Aufnahmen mit verschiedenen Bildobjekt-Detektor-Abständen. Die Daten beider Bilder können dann voneinander subtrahiert werden, um eine Schätzung der Streustrahlung zu erhalten.The US 2010/0310037 A1 describes an extraction of a scattering by obtaining two recordings with different image object-detector distances. The data from both images can then be subtracted from one another in order to obtain an estimate of the scattered radiation.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Beitrag dazu zu leisten, diese Probleme zu lösen und insbesondere ein Verfahren zum Ermitteln des Anteils an Streustrahlung bei der Aufnahme eines 2D-Röntgenbildes bereitzustellen, das möglichst präzise Ergebnisse liefert. Zur Aufgabe gehört auch das Bereitstellen eines Verfahrens zum Korrigieren von 2D-Röntgenbilddatensätzen eines Bildobjekts, damit diese von den Beiträgen der Streustrahlung befreit werden.The object of the invention is to make a contribution to solving these problems and, in particular, to provide a method for determining the proportion of scattered radiation when recording a 2D x-ray image that provides results that are as precise as possible. The task also includes providing a method for correcting 2D x-ray image data sets of an image object so that these are freed from the contributions of scattered radiation.

Die Aufgabe wird in einem Aspekt mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst, das in einem anderen Aspekt bei einem Verfahren zum Korrigieren eines 2D-Röntgenbilddatensatzes gemäß Patentanspruch 4 eingesetzt wird und dort die Grundlage für eine weitere Vorgehensweise ist.The object is achieved in one aspect with the method according to claim 1, which is used in another aspect in a method for correcting a 2D x-ray image data set according to claim 4 and is the basis for a further procedure there.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden somit zwei 2D-Röntgenbilddatensätze zu demselben Bildobjekt unter Variation des Abstands des Röntgenstrahlungsdetektors von dem Bildobjekt (bei insbesondere gleichbleibendem Abstand einer bzw. der Röntgenstrahlungsquelle zum Bildobjekt) gewonnen. Es wird dann anhand von jeweils beiden 2D-Röntgenbilddatensätzen auf die Streustrahlung geschlossen, die sich in einem der 2D-Röntgenbilddatensätze niederschlägt d. h. die bewirkt, dass die Grauwerte in den 2D-Röntgenbilddatensätzen z. B. um einen bestimmten Beitrag an einigen Bildpunkten erhöht werden. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass sich die Intensität der Primärstrahlung bei Variation des Abstands des Röntgenstrahlungsdetektors von dem Bildobjekt auf andere Weise ändert (nämlich mit inversem quadratischem Abstand) als die Strahlung (zu der ein Faktor angegeben werden kann). Aufgrund von zwei Messergebnissen lässt sich dann auf die beiden Beiträge zurückschließen, wenn bestimmte Annahmen zum Determinismus gemacht werden. Unter Verwendung eines geeigneten mathematischen Modells kann somit die Streustrahlung relativ genau angegeben werden.In the method according to the invention, two 2D X-ray image data sets are thus obtained for the same image object while varying the distance of the X-ray detector from the image object (in particular with a constant distance between an X-ray source and the image object). The scattered radiation, which is reflected in one of the 2D X-ray image data sets, is then deduced from the two 2D x-ray image data sets. D. H. which has the effect that the gray values in the 2D X-ray image data sets z. B. be increased by a certain contribution at some pixels. The invention is based on the knowledge that the intensity of the primary radiation changes in a different way (namely with an inverse square distance) than the radiation (for which a factor can be specified) when the distance of the X-ray detector from the image object varies. Based on two measurement results, conclusions can be drawn about the two contributions if certain assumptions are made about determinism. Using a suitable mathematical model, the scattered radiation can thus be specified relatively precisely.

Herkömmliche Röntgenbildaufnahmevorrichtungen erlauben es in zumindest eingeschränktem Maße, dass sich der Röntgenstrahlungsdetektor in unterschiedliche Positionen stellen lässt, die unterschiedlichen Abständen vom Bildobjekt entsprechen. Die Röntgenstrahlungsquelle kann feststehend bleiben.Conventional x-ray imaging devices allow the x-ray detector to be placed in different positions that correspond to different distances from the image object, at least to a limited extent. The X-ray source can remain stationary.

Das erfindungsgemäße Verfahren besticht durch seine Einfachheit, denn ein zweites 2D-Röntgenbild ist relativ einfach aufnehmbar.The method according to the invention is impressive because of its simplicity, because a second 2D X-ray image can be recorded relatively easily.

Die Erfindung führt somit dazu, dass die Streustrahlung präzise angegeben werden kann oder eine entsprechende Korrektur ermöglicht ist.The invention thus means that the scattered radiation can be specified precisely or a corresponding correction is made possible.

Dabei werden ferner die beiden jeweiligen Abstände absolut gesehen und insbesondere passend zueinander derart gewählt, dass eine Zielfunktion minimal wird.In this case, the two respective distances are also seen as absolute and, in particular, are chosen to be compatible with one another in such a way that a target function is minimal.

Dies beruht auf der Erkenntnis, dass es bei dem zugrunde liegenden mathematischen Modell genau zwei optimale Abstände gibt, bei denen die Messungen (also das Gewinnen der 2D-Röntgenbilddatensätze) optimal aufeinander abgestimmt sind, um eine gute Abschätzung der Streustrahlung zu ermöglichen. Dabei ist die Zielfunktion das Verhältnis der Varianzen der Streustrahlung bei einem der Abstände zu der bei dem Gewinnen der beiden 2D-Röntgenbilddatensätze insgesamt gemessenen Primärstrahlung („Gesamtröntgenstrahlendosis“), oder zumindest umfasst die Zielfunktion dieses Verhältnis. Dieses Verhältnis gibt gewissermaßen das Rausch-zu-Signal-Verhältnis an, das üblicherweise möglichst klein sein muss, damit der Kontrast optimal ist.This is based on the knowledge that there are exactly two optimal distances in the underlying mathematical model, at which the measurements (i.e. the acquisition of the 2D X-ray image data sets) are optimally matched to one another in order to enable a good estimate of the scattered radiation. The objective function is the ratio of the variances of the scattered radiation at one of the distances to the total primary radiation measured when the two 2D X-ray image data sets were obtained (“total X-ray dose”), or at least the objective function includes this ratio. This ratio indicates, so to speak, the noise-to-signal ratio, which usually has to be as small as possible so that the contrast is optimal.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die von der Röntgenstrahlungsquelle bei der Gewinnung eines 2D-Röntgenstrahlensatzes abgegebene Röntgenstrahlendosis für die beiden 2D-Röntgenbilddatensätze unterschiedlich (unterschiedlich gewählt). Dies beruht auf der Erkenntnis, dass je nach dem gewählten Abstand eine höhere oder niedrigere Dosis wünschenswert sein kann. Insbesondere kann eine vorgesehene Gesamtdosis auf zwei Teildosen verteilt werden. Hier erweist es sich als gelegentlich zweckmäßig, wenn diese beiden Teildosen nicht unbedingt gleich groß sind. Im Regelfall wird man bei demjenigen Röntgenbilddatensatz, bei dem sich der Röntgenstrahlungsdetektor im größeren Abstand vom Bildobjekt befindet, eine etwas höhere Dosis wählen, weil ja die Primärstrahlung wegen des höheren Abstands sonst eine geringere Intensität in dem 2D-Röntgenbilddatensatz hätte.In a preferred embodiment of the invention, the x-ray dose emitted by the x-ray source when a 2D x-ray set is obtained is different (selected differently) for the two 2D x-ray image data sets. This is based on the knowledge that, depending on the distance chosen, a higher or lower dose may be desirable. In particular, an envisaged total dose can be divided into two partial doses. Here it proves to be useful if these two partial doses are not necessarily the same size. As a rule, a somewhat higher dose will be selected for that X-ray image data set in which the X-ray detector is located at a greater distance from the image object, because the primary radiation would otherwise have a lower intensity in the 2D X-ray image data set because of the greater distance.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere in jedem Bildpunkt des 2D-Bildrasters, welches besonders einem 2D-Bilddatensatz zugrunde liegt, ein Wert für die Streustrahlung bei einem bestimmten Abstand angegeben werden, denn da in zwei unterschiedlichen Abständen gemessen wird, stehen zwei Grauwerte pro Bildpunkt zur Verfügung, aus denen auf zwei Größen, nämlich auf die Primärstrahlung und die Streustrahlung, geschlossen werden kann. Somit quantifiziert ein gesonderter 2D-(Streustrahlungs-)Bilddatensatz die Streustrahlung.With the method according to the invention, a value for the scattered radiation at a certain distance can be specified in each pixel of the 2D image grid, which is particularly the basis of a 2D image data set, because since measurements are taken at two different distances, two gray values per pixel are available Available from which two quantities, namely the primary radiation and the scattered radiation, can be concluded. A separate 2D (scattered radiation) image data set thus quantifies the scattered radiation.

Entsprechend ist es möglich, einen 2D-Röntgenbilddatensatz dadurch zu korrigieren, dass dieser 2D-Bilddatensatz ermittelt wird und aufgrund dieses 2D-Bilddatensatzes dann die Korrektur erfolgt. Im vereinfachten Fall wird von dem 2D-Röntgenbilddatensatz, welcher zu korrigieren ist, der 2D-Bilddatensatz für die Streustrahlung bildpunktweise abgezogen. Es wird also eine Grauwertdifferenz gebildet.Correspondingly, it is possible to correct a 2D x-ray image data set in that this 2D image data set is determined and the correction then takes place on the basis of this 2D image data set. In the simplified case, the 2D image data set for the scattered radiation is subtracted from the 2D x-ray image data set which is to be corrected, pixel by pixel. A gray value difference is thus formed.

Durch die Erfindung ist es somit möglich, auch bei relativ starker Streustrahlung deren Einfluss herauszurechnen, und dies bildpunktweise, sodass korrigierte Bilder zur Verfügung stehen, die kontrastreicher und rauschärmer sind, als es bisherige Bilder waren.The invention thus makes it possible to calculate out its influence even in the case of relatively strong scattered radiation, and this on a pixel-by-pixel basis, so that corrected images are available that are higher in contrast and lower in noise than previous images.

Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben, in der

  • 1 die geometrischen Verhältnisse bei einem ersten Abstand L0 eines Detektors D von einem Bildobjekt O veranschaulicht und
  • 2 die entsprechenden geometrischen Verhältnisse bei einem Abstand L1 des Detektors D vom Bildobjekt O veranschaulicht.
A preferred embodiment of the invention is described in more detail below with reference to the drawing, in which
  • 1 the geometric relationships at a first distance L 0 of a detector D. illustrated by an image object O and
  • 2 the corresponding geometric relationships at a distance L 1 from the detector D. illustrated by image object O.

Kern des vorliegenden Verfahrens ist es, dass von einem Bildobjekt O mithilfe einer Röntgenstrahlungsquelle Q und eines Röntgenstrahlungsdetektors D zweimal 2D-Röntgenbilddatensätze gewonnen werden, und zwar bei unterschiedlichen Abständen zwischen Röntgenstrahlungsquelle Q und Röntgenstrahlungsdetektor D. Bei einer ersten Röntgenbildaufnahme beträgt der Abstand zwischen Röntgenstrahlungsquelle Q und Röntgenstrahlungsdetektor D A0 und der Abstand zwischen dem Bildobjekt O und dem Röntgenstrahlungsdetektor D L0. Bei einer zweiten Röntgenbildaufnahme trägt der Abstand zwischen der Röntgenstrahlungsquelle Q und dem Röntgenstrahlungsdetektor D A1, der Abstand zwischen dem Bildobjekt O und dem Röntgenstrahlungsdetektor D L1.The core of the present method is that of an image object O with the aid of an X-ray source Q and an X-ray detector D. 2D x-ray image data sets are obtained twice, namely at different distances between the x-ray source Q and X-ray detector D. . In the case of a first X-ray image recording, the distance between the X-ray source is Q and X-ray detector D. A 0 and the distance between the image object O and the X-ray detector D. L 0 . In the case of a second X-ray image recording, the distance between the X-ray source is important Q and the X-ray detector D. A 1 , the distance between the image object O and the X-ray detector D. L 1 .

Mithilfe des Röntgenstrahlungsdetektors erhält man für ein Bildpunktraster Intensitätswerte, die vorliegend als T' bezeichnet werden. Die Intensitätswerte zur ersten Röntgenbildaufnahme werden mit T0' bezeichnet, die zur zweiten Bildaufnahme mit T1'. Die Indizes 1 und 2 sind durch die Variable k angegeben.With the aid of the X-ray detector, intensity values are obtained for a pixel grid, which are referred to in the present case as T '. The intensity values for the first X-ray image acquisition are designated with T 0 ', those for the second image acquisition with T 1 '. The indices 1 and 2 are indicated by the variable k.

Die Gesamtintensität Tk' wird in Abhängigkeit von Bildpunkten angegeben und setzt sich aus Anteilen zusammen, die auf die Primärstrahlung Pk' und die Streustrahlung Sk' zurückgehen.The total intensity T k 'is specified as a function of image points and is made up of components that are due to the primary radiation P k ' and the scattered radiation S k '.

Allgemein lässt sich folgende Beziehung angeben: T k ' ( v k x _ ) = P k ' ( v k x _ ) + S k ' ( v k x _ )

Figure DE102011006400B4_0001
In general, the following relationship can be specified: T k ' ( v k x _ ) = P k ' ( v k x _ ) + S. k ' ( v k x _ )
Figure DE102011006400B4_0001

Die Vorfaktoren vk ergeben sich aus der Zentralprojektion bei Kegelstrahlengeometrie und werden auf den Referenzabstand A0 bezogen: v k = ( A k / A 0 )

Figure DE102011006400B4_0002
The pre-factors v k result from the central projection with cone beam geometry and are related to the reference distance A 0 : v k = ( A. k / A. 0 )
Figure DE102011006400B4_0002

Somit ist also v 0 = 1

Figure DE102011006400B4_0003
So is v 0 = 1
Figure DE102011006400B4_0003

Wir schreiben für die Primärintensität (den Erwartungswert, also ohne Rauschen) in der Referenzdetektorebene, also bei der ersten Röntgenbildaufnahme, folgendes: P 0 ( x ) : = P 0 ' ( x ) : = P 0 ' ( v 0 x _ )

Figure DE102011006400B4_0004
We write the following for the primary intensity (the expected value, i.e. without noise) in the reference detector plane, i.e. for the first X-ray image acquisition: P 0 ( x ) : = P 0 ' ( x ) : = P 0 ' ( v 0 x _ )
Figure DE102011006400B4_0004

Die Ausbreitung der Primärstrahlung lässt sich mit der geometrischen Strahlenoptik beschreiben: entsprechend nimmt die Primärintensität (je Flächeneinheit) oder auch die Anzahl der Photonen je Detektorpixel bei fester Pixelgröße umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes Ak, (Ak)2 ab, es gilt somit: P k ' ( v k x _ ) = P 0 ( x _ ) ( A 0 / A k ) 2 = P 0 ( x _ ) ( v k ) 2

Figure DE102011006400B4_0005
The propagation of the primary radiation can be described with the geometric beam optics: accordingly, the primary intensity (per unit area) or the number of photons per detector pixel with a fixed pixel size decreases inversely proportional to the square of the distance A k , (A k ) 2 , so it applies : P k ' ( v k x _ ) = P 0 ( x _ ) ( A. 0 / A. k ) 2 = P 0 ( x _ ) ( v k ) - 2
Figure DE102011006400B4_0005

Will man nun zu einem Bildpunkt mit den Koordinaten x bei der k-ten Röntgenbildaufnahme die Primärstrahlung angeben, so muss man die geometrische Vergrößerung rückskalieren, sodass wir erhalten: P k ( x _ ) : = c k P k ' ( v k x _ )

Figure DE102011006400B4_0006
wobei c k : = ( v k ) 2
Figure DE102011006400B4_0007
If you want to specify the primary radiation for an image point with the coordinates x in the k-th X-ray image, you have to scale back the geometric magnification so that we get: P k ( x _ ) : = c k P k ' ( v k x _ )
Figure DE102011006400B4_0006
in which c k : = ( v k ) 2
Figure DE102011006400B4_0007

Vorausgesetzt ist hierbei zunächst, dass die beiden Messungen bei verschiedenen Detektorabständen A0, A1 mit gleichem Stromzeitprodukt (also in mAs) der Röntgenstrahlungsröhre gemacht werden. Andernfalls sind die Faktoren ck noch zu korrigieren.The prerequisite here is that the two measurements are made at different detector distances A 0 , A 1 with the same current-time product (i.e. in mAs) of the X-ray tube. Otherwise the factors c k still have to be corrected.

Löst man die Formel (4) nach P'k (vk x) auf und setzt den Wert für ck gemäß Formel (5) ein, so ergibt sich mit der Formel (3) : P k ( x _ ) = P 0 ( x _ )

Figure DE102011006400B4_0008
Solving formula (4) for P ' k (v k x ) and inserting the value for c k according to formula (5) results in formula (3): P k ( x _ ) = P 0 ( x _ )
Figure DE102011006400B4_0008

Dies bedeutet nichts anderes, als dass man die Primärintensitätsverteilung in der Referenzebene A0 auch durch Messungen in anderen Detektorebenen Ak gewinnen kann.This means nothing else than that the primary intensity distribution in the reference plane A 0 can also be obtained by measurements in other detector planes A k .

Die Primärintensität ist aber zunächst unbekannt, da sich die Streustrahlung dieser überlagert.The primary intensity is initially unknown, as the scattered radiation is superimposed on it.

Die definitorische geometrische Rückskalierung und Intensitätsnormierung gemäß obiger Formel (4) übernehmen wir nachfolgend auch für die Streustrahlung und für die Gesamtstrahlung: S k ( x _ ) : = c k S k ' ( v k x _ )

Figure DE102011006400B4_0009
T k ( x _ ) : = c k T k ' ( v k x _ )
Figure DE102011006400B4_0010
In the following, we also take over the defining geometric rescaling and intensity normalization according to the above formula (4) for the scattered radiation and for the total radiation: S. k ( x _ ) : = c k S. k ' ( v k x _ )
Figure DE102011006400B4_0009
T k ( x _ ) : = c k T k ' ( v k x _ )
Figure DE102011006400B4_0010

Während die Ausbreitung der Primärstrahlung nach Durchdringung des Aufnahmeobjekts einfach als geometrische Zentralprojektion beschrieben werden kann, ist dies bei der in alle Richtungen gestreuten Streustrahlung so nicht möglich. Mit zunehmendem Abstand von der Oberfläche des Streukörpers (also mit zunehmender Größe des Luftspalts, angegeben durch die Größen L0 und L1) nimmt die Streustrahlung stärker ab als die Primärstrahlung. Diese zusätzliche Abnahme kann näherungsweise multiplikativ durch einen empirischen Faktor gk beschrieben werden, der vom Luftspalt abhängt (und zusätzlich von der Größe des Streukörpers O, vom Strahlungsspektrum und somit von der Röhrenspannung schwach abhängt). Dem liegt die Beobachtung zugrunde, dass die Streustrahlungsverteilung in der Detektorebene Ak ähnlich zu der in er Referenzebene A0 aussieht, jedoch ihre Amplitude um einen Faktor gk<1 reduziert ist, mit g0=1. Diese Näherung unter Verwendung der empirischen Faktoren gk lässt sich wie folgt schreiben: S k ' ( v k x _ ) = g k S k ( x _ ) / c k

Figure DE102011006400B4_0011
While the propagation of the primary radiation after penetrating the subject can simply be described as a geometric central projection, this is not possible with the scattered radiation scattered in all directions. With increasing distance from the surface of the scattering body (that is, with increasing size of the air gap, indicated by the quantities L 0 and L 1 ), the scattered radiation decreases more strongly than the primary radiation. This additional decrease can be described approximately multiplicatively by an empirical factor g k , which depends on the air gap (and also slightly depends on the size of the scattering body O, on the radiation spectrum and thus on the tube voltage). This is based on the observation that the scattered radiation distribution in the detector plane A k looks similar to that in the reference plane A 0 , but its amplitude is reduced by a factor g k <1, with g 0 = 1. This approximation using the empirical factors g k can be written as follows: S. k ' ( v k x _ ) = G k S. k ( x _ ) / c k
Figure DE102011006400B4_0011

Mit (7) gilt somit einfach: S k ( x _ ) = g k S 0 ( x _ )

Figure DE102011006400B4_0012
With (7) it simply applies: S. k ( x _ ) = G k S. 0 ( x _ )
Figure DE102011006400B4_0012

Nachfolgend werden die Formeln ohne die Abhängigkeit von x angegeben, da dies die Übersichtlichkeit der Formeln vereinfacht. Die nachfolgenden angegebenen Formeln gelten aber grundsätzlich für alle x gemäß der Rückskalierung.In the following, the formulas are given without the dependency on x , as this simplifies the clarity of the formulas. However, the following formulas apply to all x according to the downscaling.

Zur Schätzung der Streustrahlung stehen also zwei Gleichungen für die gesamte Intensitätsverteilung in der Referenzebene A0 und einer zweiten Detektorebene Ak>A0 zur Verfügung: P 0 + S 0 = T 0

Figure DE102011006400B4_0013
P k + S k = T k
Figure DE102011006400B4_0014
To estimate the scattered radiation, two equations are available for the entire intensity distribution in the reference plane A 0 and a second detector plane A k > A 0 : P 0 + S. 0 = T 0
Figure DE102011006400B4_0013
P k + S. k = T k
Figure DE102011006400B4_0014

Die rechten Seiten T0 und Tk sind durch die beiden Röntgenbildaufnahmen, also durch Messungen, gegeben. Setzt man die obigen Formeln (6) und (9) in die Formel (10b) ein, so erhält man das Formelpaar: P 0 + S 0 = T 0

Figure DE102011006400B4_0015
P 0 + g k S 0 = T k
Figure DE102011006400B4_0016
The right-hand sides T 0 and Tk are given by the two x-ray images, that is to say by measurements. If you put the above formulas (6) and (9) in the formula (10b), you get the formula pair: P 0 + S. 0 = T 0
Figure DE102011006400B4_0015
P 0 + G k S. 0 = T k
Figure DE102011006400B4_0016

Man sieht somit, dass man es nur noch mit zwei Unbekannten P0, S0 zu tun hat, und dass man zwei Bestimmungsgleichungen hat. Somit lassen sich die beiden Größen P0 und S0 ermitteln.You can see that you are only dealing with two unknowns P 0 , S 0 , and that you have two determining equations. The two quantities P 0 and S 0 can thus be determined.

Insbesondere lässt sich durch Subtraktion von (11a) und (11b) die unbekannte Primärintensität P0 eliminieren. Es folgt für die Streustrahlungsverteilung der Referenzebene: S 0 # = ( 1 g k ) 1 ( T 0 T k )

Figure DE102011006400B4_0017
bzw. für die Streustrahlungsverteilung in der Detektorebene Ak S 0 # = g k ( 1 g k ) 1 ( T 0 T k )
Figure DE102011006400B4_0018
In particular, the unknown primary intensity P 0 can be eliminated by subtracting (11a) and (11b). It follows for the scattered radiation distribution of the reference plane: S. 0 # = ( 1 - G k ) - 1 ( T 0 - T k )
Figure DE102011006400B4_0017
or for the scattered radiation distribution in the detector plane A k S. 0 # = G k ( 1 - G k ) - 1 ( T 0 - T k )
Figure DE102011006400B4_0018

Das # kennzeichnet, dass die Größen Schätzungen sind.The # indicates that the sizes are estimates.

Es sei nochmals daran erinnert, dass die Faktoren gk empirisch ermittelte Faktoren sind. Außerdem sind die genannten Größen für sämtliche x ermittelbar, man gewinnt auf diese Weise somit Schätzungen für die Streustrahlungsintensitäten in Form von „2D-Bilddatensätzen“.It should be remembered again that the factors g k are empirically determined factors. In addition, the named variables can be determined for all x , in this way estimates for the scattered radiation intensities are obtained in the form of “2D image data sets”.

Mithilfe der Formel (11a) kann nach Bestimmung der Streustrahlungsverteilung auch die streustrahlungskorrigierte Primärintensitätsverteilung bestimmt werden. Da die Schätzung (12) fehlerbehaftet sein kann und eine Überkorrektur, die zu sinnlosen negativen Primärintensitätswerten führen könnte, vermieden werden sollte, wird vorliegend die folgende Unterrelaxationsformel verwendet: P 0 # = T 0 λ S 0 #

Figure DE102011006400B4_0019
With the aid of formula (11a), after determining the scattered radiation distribution, the scattered radiation-corrected primary intensity distribution can also be determined. Since the estimate (12) can be erroneous and an overcorrection, which could lead to senseless negative primary intensity values, should be avoided, the following under-relaxation formula is used here: P 0 # = T 0 - λ S. 0 #
Figure DE102011006400B4_0019

Hierbei ist A ein Faktor <=1 oder allgemeiner eine ortsabhängige Funktion von x.Here A is a factor <= 1 or more generally a location-dependent function of x .

Alternativ zu (14a) kann die Primärintensität auch für die Detektorebene Ak berechnet und später durch Reskalierung und Intensitätsnormierung auf A0 umgerechnet werden: P k # = T k λ S K #

Figure DE102011006400B4_0020
As an alternative to (14a), the primary intensity can also be calculated for the detector plane A k and later converted to A 0 by rescaling and intensity normalization: P k # = T k - λ S. K #
Figure DE102011006400B4_0020

Bei exakter Streustrahlkorrektur unterscheiden sich die Formeln (14a) und (14b) wegen der Identität (6) nur durch Rauschen. Um das Rauschen zu reduzieren und gleichzeitig die Strahlendosis, die auf den Patienten durch die Messungen in den beiden Detektorebenen appliziert wurde, für die Bildgebung zu nutzen, empfiehlt es sich, die Gleichungen (14a) und (14b) zu mitteln.With exact scatter beam correction, formulas (14a) and (14b) only differ in terms of noise because of the identity (6). In order to reduce the noise and at the same time to use the radiation dose that was applied to the patient by the measurements in the two detector planes for the imaging, it is recommended to average equations (14a) and (14b).

Wie oben erwähnt, wurde für die beiden Messungen (Röntgenbildaufnahmen) jeweils das gleiche Stromzeitprodukt (mAs) angenommen. Es wurde also angenommen, dass eine Gesamtdosis, mit der das Bildobjekt beaufschlagt wird, zur Hälfte auf beide Messungen verteilt wird. Es ist jedoch vorzuziehen, dass die Gesamtdosis in ungleichen Anteilen verteilt wird. Hierzu soll zunächst eine Zielfunktion definiert werden.As mentioned above, the same current-time product (mAs) was assumed for the two measurements (x-ray recordings). It was therefore assumed that a total dose with which the image object is applied is half distributed over both measurements. However, it is preferable that the total dose be divided in unequal proportions. To this end, an objective function should first be defined.

Diese Zielfunktion geht von der Varianz der Streustrahlung aus.This objective function is based on the variance of the scattered radiation.

In der Formel (12) wird nämlich die Differenz zweier Rauschen enthaltender Größen gebildet. Diese Differenz wird zudem noch mit einem Faktor multipliziert, der größer als 1 ist. Daher ist die Streustrahlschätzung in der Formel (12) stark fehlerbehaftet. Durch Anwendung der Gaussschen Fehlerfortpflanzungsregel und Berücksichtigung des Poisson-Rauschens Var{P0) =〈V〉 (<> bedeutet hierbei den statistischen Erwartungswert) erhält man: V a r ( S 0 # ) = ( V a r ( T 0 ) + V a r ( T k ) ) / ( 1 g k ) 2 ( 15 a ) = ( < P 0 > ( 1 + s 0 ) + < P 0 > ( 1 + s k ) ) / ( 1 g k ) 2 ( 15 b ) .

Figure DE102011006400B4_0021
Namely, in the formula (12), the difference between two quantities containing noise is formed. This difference is also multiplied by a factor that is greater than 1. Therefore, the scattered ray estimation in formula (12) is highly error-prone. By applying the Gaussian error propagation rule and taking into account the Poisson noise Var {P 0 ) = 〈V〉 (<> here means the statistical expected value) one obtains: V a r ( S. 0 # ) = ( V a r ( T 0 ) + V a r ( T k ) ) / ( 1 - G k ) 2 ( 15th a ) = ( < P 0 > ( 1 + s 0 ) + < P 0 > ( 1 + s k ) ) / ( 1 - G k ) 2 ( 15th b ) .
Figure DE102011006400B4_0021

Folglich also die Formel V a r ( S 0 # ) / < P 0 > = ( 2 + s 0 + s k ) / ( 1 g k ) 2

Figure DE102011006400B4_0022
s0=S0/P0 und sk=Sk/Pk=Sk/P0 sind die jeweiligen Streu-zu-Primärverhältnisse, auf Englisch als „scatter-to-primaryratio“ bezeichnet. gk kann dann durch g k = s k / s 0
Figure DE102011006400B4_0023
ausgedrückt werden.Hence the formula V a r ( S. 0 # ) / < P 0 > = ( 2 + s 0 + s k ) / ( 1 - G k ) 2
Figure DE102011006400B4_0022
s 0 = S 0 / P 0 and s k = S k / P k = S k / P 0 are the respective scatter-to-primary ratios, referred to in English as "scatter-to-primaryratio". g k can then go through G k = s k / s 0
Figure DE102011006400B4_0023
be expressed.

Es lässt sich hier zeigen, dass die Varianz der mit der Formel (12) geschätzten Streustrahlung bei typischen Werten mehr als 20 mal höher sein kann, als es die Varianz der Primärstrahlung wäre, wenn man sie direkt messen könnte.It can be shown here that the variance of the scattered radiation estimated with the formula (12) can be more than 20 times higher for typical values than the variance of the primary radiation would be if it could be measured directly.

Aus diesem Grunde nimmt man eine Rauschglättung vor, und zwar vor Anwendung der Formel (12). Die Rauschglättung kann naturgemäß lediglich an den Gesamtintensitätsverteilungen T0 und Tk erfolgen, um das Rauschen von vorneherein effektiv zu reduzieren. Setzt man dann in die Gleichung (15a) die Varianzen der geglätteten Intensitäten T0 und Tk ein, reduzieren sich die rechten Seiten in den Gleichungen (15b) und (15c) um einen der Glättung entsprechenden Faktor γ. Somit erhält man unter Modifikation der Formel (15c) folgende Formel V a r ( S 0 # ) / < P > = γ ( 2 + s 0 + s k ) / ( 1 g k ) 2

Figure DE102011006400B4_0024
For this reason, noise smoothing is carried out before applying formula (12). The noise smoothing can naturally only take place on the overall intensity distributions T 0 and T k in order to effectively reduce the noise from the start. If the variances of the smoothed intensities T 0 and T k are then inserted into equation (15a), the right-hand sides in equations (15b) and (15c) are reduced by a factor γ corresponding to the smoothing. Thus, by modifying the formula (15c), the following formula is obtained V a r ( S. 0 # ) / < P > = γ ( 2 + s 0 + s k ) / ( 1 - G k ) 2
Figure DE102011006400B4_0024

Die Rauschglättung sollte hierbei so sein, dass der durch γ reduzierte Ausdruck in (15) möglichst sehr viel kleiner als 1 wird, sodass durch die Streustrahlungskorrektur in Gleichung (14) das unvermeidliche, durch T0 bzw. Tk bedingte Rauschen nicht nennenswert erhöht wird. So lässt sich die Rauscherhöhung in der Streustrahlung von dem über 20-fachen auf das 0,05-fache reduzieren. Die Rauscherhöhung durch die Streustrahlungskorrektur wäre dann praktisch vernachlässigbar.The noise smoothing should be such that the expression reduced by γ in (15) becomes as much smaller than 1 as possible, so that the inevitable noise caused by T 0 or T k is not significantly increased by the scatter correction in equation (14) . In this way, the increase in noise in the scattered radiation can be reduced from over 20 times to 0.05 times. The increase in noise due to the scatter correction would then be practically negligible.

In die Schätzung der Streustrahlungsverteilung gemäß (12) bzw. (13) geht entscheidend die Differenz T0-Tk ein. Es ist ferner die „Ähnlichkeit“ der Streuverteilungen S0 und Sk gemäß Formel (9) vorausgesetzt. Ist diese Vorraussetzung nicht genau gegeben, kann es zu hochfrequenten Artefakten kommen. Zu der Vermeidung kann eine Registrierung vorgesehen werden, um T0 und Tk z. B. durch Verschiebung und Entzerrung so aneinander anzupassen, dass die Artefakte minimiert werden. Außerdem kann eine nachträgliche Tiefpassfilterung der Differenz T0-Tk oder auch der mit (12) und (13) geschätzten Streuverteilungen vorgesehen werden.In the estimation of the scattered radiation distribution according to (12) or (13), the difference T 0 -T k is decisive. The “similarity” of the scatter distributions S 0 and S k according to formula (9) is also assumed. If this requirement is not met, high-frequency artifacts can occur. To avoid this, a registration can be provided to record T 0 and T k z. B. by shifting and equalization so that the artifacts are minimized. In addition, a subsequent low-pass filtering of the difference T 0 -T k or also of the scatter distributions estimated with (12) and (13) can be provided.

Im Folgenden soll angenommen werden, dass die Streustrahlungsschätzung immer auf stark geglätteten Messdaten basiert. In the following it should be assumed that the scattered radiation estimation is always based on highly smoothed measurement data.

Nachdem nun die Formel (15) als vorläufige Zielfunktion angegeben wurde, soll diese dahingehend modifiziert werden, dass man nunmehr auch eine ungleiche Dosiszuteilung berücksichtigt, dass also berücksichtigt wird, dass bei einer ersten Bildaufnahme beim Abstand A0 das a-fache der Gesamtdosis verwendet wurde, und beim Abstand A1 das (1-a)-fache. Wählt man: < P 0 > = a < P > , < P k > = ( 1 a ) < P > , < P > = < P 0 > + < P k >

Figure DE102011006400B4_0025
so erhält man mit (15) die modifizierte Formel: V a r ( S 0 # ) / < P > = γ ( ( 1 + s 0 ) / a + ( 1 s k ) / ( 1 a ) ) / ( 1 g k ) 2
Figure DE102011006400B4_0026
Now that the formula (15) has been specified as a preliminary objective function, it should be modified in such a way that an unequal dose allocation is now also taken into account, i.e. that it is taken into account that a-times the total dose was used in a first image acquisition at distance A 0 , and at distance A 1 (1-a) times. If you choose: < P 0 > = a < P > , < P k > = ( 1 - a ) < P > , < P > = < P 0 > + < P k >
Figure DE102011006400B4_0025
with (15) one obtains the modified formula: V a r ( S. 0 # ) / < P > = γ ( ( 1 + s 0 ) / a + ( 1 - s k ) / ( 1 - a ) ) / ( 1 - G k ) 2
Figure DE102011006400B4_0026

Da in (16) <P0> durch die „Gesamtdosis“ <P> ersetzt wurde, erhält man im Falle der Zuteilung der gleichen Dosis bis auf einen Faktor von 2 wieder den Ausdruck (15) bei a=0,5.Since <P 0 > has been replaced by the “total dose” <P> in (16), the expression (15) is again obtained at a = 0.5 if the same dose is allocated except for a factor of 2.

Man kann nun die Größe a so wählen, dass die Größe Var(S0 #)/<P> minimal wird, bzw. man kann eine andere Zielfunktion auf Grundlage dieser Funktion wählen. Betrachtet man z. B. den Fall der rauschbegrenzten Bildqualitätsbewertung in der Niedrigkontrastdiagnostik auf der Basis des CNR (oder SdNR = Signaldifferenz-zu-Rausch-Verhältnis oder Detektibilitätsindex), dann ist im Fall ohne Streustrahlkorrektur die Verwendung der gesamten Dosis für die Messung mit großem Luftspalt optimal. Im hier betrachteten Fall mit Streustrahlkorrektur wird die Sache insofern schwieriger, als der Qualitätsgewinn durch die Streustrahlkorrektur in Relation zur CNR-Einbuße (aufgrund des Dosisanteils, der der objektnäheren Messung mit größerem Streustrahlungsanteil zugeteilt wird) zu bewerten ist. Für Anwendungen, bei denen CNR etc. keine entscheidende Rolle spielt (z. B. bei der Materialprüfung) kann andererseits der Genauigkeit der Streustrahlschätzung eine vorrangige Bewertung zukommen.You can now choose the size a so that the size V ar (S 0 # ) / <P> is minimal, or you can choose another objective function based on this function. If one considers z. For example, in the case of noise-limited image quality assessment in low-contrast diagnostics based on the CNR (or SdNR = signal difference-to-noise ratio or detectability index), then in the case without scatter correction, the use of the entire dose for the measurement with a large air gap is optimal. In the case with scattered radiation correction considered here, things are more difficult insofar as the quality gain through the scattered radiation correction has to be assessed in relation to the CNR loss (based on the dose portion assigned to the measurement closer to the object with a larger scattered radiation portion). For applications in which CNR etc. does not play a decisive role (e.g. in material testing), on the other hand, the accuracy of the scattered radiation estimate can be given priority.

Nachdem bisher der Fall diskutiert wurde, dass die Dosis bei den beiden Röntgenbildaufnahmen unterschiedlich ist, soll jetzt auch Folgendes berücksichtigt werden: Die Werte der Größe VAR S0 #/<P0> in (15) werden wegen des quadratischen Terms im Nenner dann sehr groß, wenn gk=sk/s0 nahe bei 1 ist, also wenn der Abstand zwischen den beiden Detektorebenen Ak und A0 klein ist. Der Wert nimmt wegen des Terms s0 im Zähler aber auch umso mehr zu, je näher die Ebene A0 am Objekt O liegt. Somit muss der Abstand zwischen den beiden Detektorebenen möglichst groß sein, andererseits darf die Referenzebene A0 nicht zu nahe am Objekt O liegen. Es gibt daher eine optimale Konfiguration. Der allgemeine Fehlerausdruck (16) wird etwas umgeschrieben: es wird mit (1-a) multipliziert, durch γ dividiert und es werden folgende Zuteilungsverhältnisse eingeführt: q ' = ( 1 a ) / a

Figure DE102011006400B4_0027
q = a / ( 1 a )
Figure DE102011006400B4_0028
After the case has been discussed so far that the dose is different in the two X-ray images, the following should now also be taken into account: The values of the variable VAR S 0 # / <P 0 > in (15) then become very large because of the quadratic term in the denominator large when g k = s k / s 0 is close to 1, i.e. when the distance between the two detector planes A k and A 0 is small. Because of the term s 0 in the numerator, the value also increases the closer the plane A 0 is to the object O. The distance between the two detector planes must therefore be as large as possible; on the other hand, the reference plane A 0 must not be too close to the object O. There is therefore an optimal configuration. The general error expression (16) is rewritten a bit: it is multiplied by (1-a), divided by γ and the following allocation ratios are introduced: q ' = ( 1 - a ) / a
Figure DE102011006400B4_0027
q = a / ( 1 - a )
Figure DE102011006400B4_0028

Man erhält somit eine Zielfunktion für das Optimierungsproblem: F ( s 0 , q ' ) = ( ( 1 + s 0 ) q ' + 1 + s k ) / ( 1 s k / s 0 ) 2

Figure DE102011006400B4_0029
wobei F(s0,q') minimal sein muss. Eine Beschränkung gibt es möglicherweise dadurch, dass es einen maximalen Detektorabstand Ak gibt. Die Lösung der Bedingungsgleichung liefert als optimales s0, s0 opt s 0 o p t ( q ) = 3 2 s K ( 1 + 1 3 ( 9 + 8 q ) + 8 ( 1 + q ) / s k )
Figure DE102011006400B4_0030
und speziell für den Fall der Zuteilung der gleichen Dosis, also q'=q=1: s 0 o p t | q = 1 = 3 2 s K ( 1 + 1 3 17 + 16 / s K )
Figure DE102011006400B4_0031
One thus obtains an objective function for the optimization problem: F. ( s 0 , q ' ) = ( ( 1 + s 0 ) q ' + 1 + s k ) / ( 1 - s k / s 0 ) 2
Figure DE102011006400B4_0029
where F (s 0 , q ') must be minimal. There may be a limitation in that there is a maximum detector spacing A k . The solution of the conditional equation yields the optimal s 0 , s 0 opt s 0 O p t ( q ) = 3 2 s K ( 1 + 1 3 ( 9 + 8th q ) + 8th ( 1 + q ) / s k )
Figure DE102011006400B4_0030
and especially for the case of the allocation of the same dose, i.e. q '= q = 1: s 0 O p t | q = 1 = 3 2 s K ( 1 + 1 3 17th + 16 / s K )
Figure DE102011006400B4_0031

Die Auswertung von (19a) ergibt, dass s0 opt(q) nur schwach von q abhängt. Aus s0 opt bestimmt man den Luftspalt L0 bei dem s0 opt als entsprechendes SPR zu erwarten ist, und daraus lässt sich A0 ableiten.The evaluation of (19a) shows that s 0 opt (q) only weakly depends on q. The air gap L 0 at which s 0 opt is to be expected as the corresponding SPR is determined from s 0 opt , and A 0 can be derived from this.

Wenn der sich ergebende optimale Luftspalt zu klein ist, so dass der Röntgenstrahlungsdetektor D zu nah am Bildobjekt O liegt, dann muss ein etwas größerer Abstand gewählt werden, auch wenn er dann nur noch „suboptimal“ ist.If the resulting optimal air gap is too small, so the X-ray detector D. is too close to the image object O, then a somewhat larger distance must be selected, even if it is then only “suboptimal”.

In noch größerer Verallgemeinerung des Ansatzes (9) kann ein Faltungsmodell anstelle einer Multiplikation verwendet werden. Bei dem Faltungsmodell wird die Streustrahlungsverteilung in der Detektorebene als skalierte und verschmierte Version der Streustrahlung S0 der Referenzebene angesetzt, gemäß der Formel: S k ( x _ ) = G k * * S 0 ( x _ )

Figure DE102011006400B4_0032
In an even greater generalization of approach (9), a convolution model can be used instead of a multiplication. In the convolution model, the scattered radiation distribution in the detector plane is applied as a scaled and smeared version of the scattered radiation S 0 of the reference plane, according to the formula: S. k ( x _ ) = G k * * S. 0 ( x _ )
Figure DE102011006400B4_0032

Dabei bedeutet ** eine zweidimensionale Faltung, und Ik ist ein (wie zuvor die Größen gk empirisch zu bestimmender zweidimensionaler Faltungskern). Der Ansatz (9) ist ein Spezialfall von (20) mit Gk=I gk wobei I der Einheitsoperator ist (Einheitsmatrix bzw. Dirac-Delta-Operator). Ganz analog zur Herleitung von (12) ergibt sich für die Schätzung der Streustrahlung nun dann die Formel (21) und die Formel (22). S 0 # = H k * * ( T 0 T k )

Figure DE102011006400B4_0033
H k = ( I G k ) 1
Figure DE102011006400B4_0034
** means a two-dimensional convolution, and I k is a two-dimensional convolution kernel to be determined empirically (like the quantities g k before). Approach (9) is a special case of (20) with G k = I g k where I is the unit operator (unit matrix or Dirac delta operator). Analogously to the derivation of (12), the formula (21) and the formula (22) then result for the estimation of the scattered radiation. S. 0 # = H k * * ( T 0 - T k )
Figure DE102011006400B4_0033
H k = ( I. - G k ) - 1
Figure DE102011006400B4_0034

Die Invertierbarkeit in (21) ist dadurch gesichert, dass die Operatornorm von Gk kleiner als 1 ist, entsprechend gk kleiner 1 im vorherigen Modell. In (21) sind T0 und Tk als bereits stark geglättete Verteilungen zu verstehen, oder man versteht von vorneherein den Kern Hk als Kombination von einem glättenden zweidimensionalen Faltungskern gemäß der Formel H k = ( I G k ) 1 Q

Figure DE102011006400B4_0035
für die Streustrahlungskorrektur d. h. die Schätzung der Primärintensitätsverteilung steht weiterhin die Notwendigkeit starker Glättung bzw. die Vorsichtsmaßnahme entsprechend den obigen Gleichungen (14).The invertibility in (21) is ensured by the fact that the operator norm of G k is less than 1, corresponding to g k less than 1 in the previous model. In (21), T 0 and T k are to be understood as already highly smoothed distributions, or the kernel H k is understood from the outset as a combination of a smoothing two-dimensional convolution kernel according to the formula H k = ( I. - G k ) - 1 Q
Figure DE102011006400B4_0035
for the scatter correction, ie the estimation of the primary intensity distribution, there is still the need for strong smoothing or the precautionary measure according to the above equations (14).

Es wurde anhand von Formeln gezeigt, dass bei der Aufnahme von 2D-Röntgenbilddatensätzen wegen der Gültigkeit der Formeln (11a) und (11b) jeweils für alle (rückskalierten) x zu jedem x sowohl die Streustrahlung geschätzt werden kann, als auch sodann damit die Primärstrahlung P0 abgeleitet werden kann, also ein korrigiertes Bild ohne Streustrahlung berechnet werden kann. Die Zielfunktion (18) ermöglicht es, einen optimalen Detektorabstand zu wählen, damit der Fehler in den Berechnungen besonders klein wird. Auch durch eine geeignete Verteilung der Dosis auf die beiden Bildaufnahmen kann für einen geringen Fehler gesorgt werden.It was shown on the basis of formulas that when recording 2D x-ray image data sets, due to the validity of formulas (11a) and (11b), both the scattered radiation and then the primary radiation can be estimated for all (downscaled) x for each x P 0 can be derived, so a corrected image can be calculated without scattered radiation. The objective function (18) makes it possible to choose an optimal detector distance so that the error in the calculations is particularly small. A suitable distribution of the dose over the two image recordings can also ensure a small error.

Claims (4)

Verfahren zum Ermitteln des Anteils an zu einem Röntgenstrahlungsdetektor (D) gelangender Streustrahlung bei der Aufnahme eines 2D-Röntgenbilddatensatzes eines Bildobjekts (O) , wobei zwei Röntgenbilddatensätze mit demselben Bildobjekt (O) unter Variation des Abstands (L0, L1) des Röntgenstrahlungsdetektors (D) von dem Bildobjekt (O) gewonnen werden, und wobei anhand von jeweils beiden 2D-Röntgenbilddatensätzen auf die Streustrahlung geschlossen wird, die sich in einem der 2D-Röntgenbilddatensätze niederschlägt, wobei die beiden jeweiligen Abstände (L0, L1) passend zueinander derart gewählt werden, dass eine Zielfunktion (F(S0,q')) minimal wird, und wobei die Zielfunktion das Verhältnis der Varianz der Streustrahlung bei einem der Abstände zu der bei dem Gewinnen der beiden 2D-Röntgenbilddatensätze insgesamt empfangenen Primärstrahlung ist oder umfasst.Method for determining the proportion of scattered radiation reaching an X-ray detector (D) when recording a 2D X-ray image data set of an image object (O), two X-ray image data sets with the same image object (O) varying the distance (L 0 , L 1 ) of the X-ray detector ( D) are obtained from the image object (O), and the scattered radiation is deduced from each of the two 2D X-ray image data sets, which is reflected in one of the 2D X-ray image data sets, the two respective distances (L 0 , L 1 ) matching one another can be selected such that an objective function (F (S 0 , q ')) becomes minimal, and wherein the objective function is or comprises the ratio of the variance of the scattered radiation at one of the distances to the primary radiation received in total when the two 2D x-ray image data sets were obtained . Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von einer Röntgenstrahlungsquelle (Q) bei der Gewinnung eines 2D-Röntgenbilddatensatzes abgegebene Röntgenstrahlendosis für die beiden 2D-Röntgenbilddatensätze unterschiedlich gewählt wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the x-ray dose emitted by an x-ray source (Q) when a 2D x-ray image data set is obtained is selected differently for the two 2D x-ray image data sets. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein 2D-Bilddatensatz ermittelt wird, der die Streustrahlung quantifiziert.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a 2D image data set is determined which quantifies the scattered radiation. Verfahren zum Korrigieren eines 2D-Röntgenbilddatensatzes, bei dem ein Verfahren nach Anspruch 3 durchgeführt wird und aufgrund des 2D-Bilddatensatzes für die Streustrahlung die Korrektur erfolgt.Method for correcting a 2D x-ray image data set, in which a method according to Claim 3 is carried out and the correction is made on the basis of the 2D image data set for the scattered radiation.
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